Estequiometria 01) O antimônio é obtido pelo aquecimento da estibinita pulverizada (Sb2S3) na presença de
aparas de Ferro, com a retirada do Sb fundido pela base do reator. Sb2S3 + 3Fe 2Sb + 2FeS Suponha que 0,60 kg de estibinita e 0,25 kb de aparas de ferro sejam aquecidos juntos, dando 0,20 kg de Sb metálico. Determine: a) O reagente limitante; b) A porcentagem de reagente em excesso; c) O grau (fração) de complementação; d) A porcentagem de conversão; e) O rendimento Dados: Componente
Sb2S3
Fe
Sb
FeS
Massa Molecular
339,7
55,85
121,80
87,91
02) Uma bem conhecida reação para gerar hidrogênio a partir do vapor d’água é chamada
de reação de deslocamento do vapor d’água: CO + H2O
CO2 + H2. Se a alimentação
gasosa de um reator é formada por 30 moles de CO, 12 moles de CO2 e 35 moles de vapor por hora, a 800°C e 18 moles de H2 por hora são produzidos, calcule: a) O reagente limitante; b) O reagente em excesso; c) A fração de conversão de vapor em H2; d) O grau de complementação da reação; e) Kg de H2 produzidos por kg de vapor alimentado; f) Moles de CO2 produzidos pela reação por mol de CO alimentado. Dados para o problema: Componente Massa Molecular
CO
H2O
CO2
H2
28,01
18,02
44,01
2,02
03)
A queima de calcário, CaCO3
CaO + CO2, ocorre com apenas 70% de
complementação num certo forno industrial. (a) Qual é a composição (% mássica) do sólido retirado do forno? (b) Quantos quilogramas de CO2 são produzidos por quilograma de calcário alimentado? Suponha que o calcário seja CaCO3 puro. Componente
CaCO3
CaO
CO2
Massa Molecular
100,09
56,08
44,01
04) O
ácido sulfúrico pode ser fabricado pelo processo de contato direto de acordo com as
seguintes reações: (1) S + O2 SO2 (2) 2SO2 + O2 2SO3 (3) SO3 + H2O H2SO4 Foi-lhe solicitado o cálculo de algumas quantidades para serem utilizados como parte do projeto preliminar de uma planta de ácido sulfúrico com capacidade de 2000 toneladas/dia, de solução 66°Be (Baumé) (93,2% H2SO4 em peso). Então responda: (a) Quantas toneladas de enxofre puro são consumidas por dia na operação desta planta? (b) Quantas toneladas de oxigênio são consumidas por dia? (c) Quantas toneladas de água são consumidas por dia pela reação (3)? Dados: Componente Massa Molecular
S
H2O
O2
H2SO4
32,06
18,02
32,00
98,08
Balanços com Reação 05) O
etano é inicialmente misturado com oxigênio para obter um gás contendo 80% de
C2H6 e 20% de O2, sendo então queimado num motor com 200% de ar em excesso. Oitenta por cento do etano transforma-se em CO2, 10% em CO e os outros 10% permanecem sem queimar. Calcule as composição dos gás exaurido em base úmida.
06) Um
óleo combustível cuja análise elementar é: C = 84,7%, H = 14,8% e S = 0,5% é
queimado com 20,0% de excesso de ar. O gás de combustão gerado é misturado com um ar secundário e a mistura resultante é usada em us secador que reduz o teor de umidade de uma argila de 15,,0% para 2,0%. O teor de CO2 (em base seca) do gás efluente do secador é de 9,0%. Calcule: a.
a razão em quantidade de matéria ar secundário/gás de combustão (antes da mistura);
b.
a razão mássica argila úmida/óleo combustível, se o teor de CO2 (em base úmida) do gás efluente do secador é 6,2%.
07) Aldeído
fórmico pode ser produzido pela reação de metano e oxigênio na presença de
um catalisador, gerando também dióxido de carbono como produto indesejável, de acordo com as reações: CH4 + O2 HCOH + H2O CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O Se o produto efluente do reator contém (xi %): HCOH = 45,5%, CO 2 = 0,8%, CH4 = 3,8%, H2O = 47,0% e O2 = 3,0%, calcule: a.
a % do reagente em excesso;
b.
a % de conversão do metano;
c.
a % de rendimento do aldeído fórmico;
d.
a seletividade do aldeído fórmico em relação ao CO2.
08)
Em um teste de combustão é queimado um gás combustível com a seguinte
composição: CH4 = 28,2%, C2H6 = 13,4%, H2 = 36,8%, CO = 18,4% e CO2 = 3,2%. A análise de Orsat dos gases de combustão é: CO2 = 11,6%, CO = 0,5%, O 2 = 2,3% e o restante N2. Calcule: a.
a % de excesso de ar;
b.
a razão em quantidade de matéria ar de combustão/gás combustível;
c.
a razão em quantidade de matéria gás de combustão/gás combustível.
09)
Os produtos e subprodutos da combustão do carvão podem causar problemas
ambientais se o processo de combustão não for conduzido adequadamente. O combustível, cuja análise fornceceu: 74% de C, 14% de H e 12% de cinzas, é queimado originando um gás de combustão contendo 12,4% de CO2, 1,2% de CO, 5,7% de O2 e 80,7% de N2 numa base seca. Seu chefe o chamou para determinar: (a) Libras de carvão queimado por 100 lb de
gás de combustão.
(b) Percentagem de ar em excesso usado. (c) Libras de ar usado por libras de carvão.
10) Na
fermentação anaeróbica do cereal, o fermento Saccharomyces cerevisiae digere a
glicose das plantas para formar os produtos etanol e ácido propenóico, através das seguintes reações: Reação 1: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 Reação 2: C6H12O6 2C2H3CO2H + 2H2O Num processo batelada, um tanque é carregado com 4000 kg de uma solução com 12% de glicose e água. Após a fermentação, 120 kg de dióxido de carbono são produzidos junto com 90 kg de glicose que não reagiu. Quais são as percentagens em peso de álcool etílico e do ácido propenóico remanescentes no mosto? Suponha que nada de glicose é assimilado pela bactéria. 11) Um
forno queima gás combustível com a seguinte composição: 70% de CH4, 20% de
H2 e 10% de C 2H6, com ar em excesso. Uma sonda de oxigênio colocada na saída do forno lê 2% de oxigênio nos gases de saída. Os gases, então, passam através de um longo duto que os leva até o trocador de calor. Na entrada do trocador de calor, a análise de Orsat do gás indica 6%. Esta discrepância se deve ao fato de a primeira análise ter sido feita numa base úmida e a segunda numa base seca (nenhuma água condensa no conduto), ou é devido a algum vazamento de ar no conduto? Se a primeira estiver correta, forneça a análise de Orsat do gás de saída do forno. Se a última estiver certa, calcule a quantidade de vazamento de ar no conduto por 100 moles de gás combustível queimado.
Bypass, Reciclo e Purga 12) Água
potável pode ser obtida por dessalinização da água do mar através do processo
conhecido como “Osmose Reversa”, de acordo com o esquema a seguir, calcule:
a.
a vazão mássica da salmoura descartada;
b.
a vazão mássica de água potável produzida;
c.
a vazão mássica de reciclo de salmoura.
13) Em
uma tentativa de gerar NO de modo econômico, amônia gasosa é queimada em um
reator com 20,0% de excesso de O2 de acordo com a seguinte reação: 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O A amônia que não reagiu é separada dos demais componentes, sendo que 5% da amônia efluente do separador é purgada continuamente e o restante é reciclado para o reator, conforme a figura abaixo. Sabendo-se que a conversão de amônia por passe no reator é de 70,0%, calcule a conversão global de amônia no processo.
14) Propõe-se
produzir óxido de etileno ((CH2)2O) por oxidação de etano (C2H6) em fase
gasosa: C2H6 + O2 (CH2)2O + H2O A razão ar/ C2H6 na carga bruta de alimentação do reator é de 10 para 1, e a conversão de C2H6 por passe através do reator é de 18%. O etano que não reagiu é separado dos produtos que saem do reator e é reciclado conforme mostrado na figura abaixo. Qual é a razão da corrente de reciclo para a corrente de alimentação, e qual é a composição do gás de saída do reator?
15)
Muitos processos químicos geram emissões de compostos voláteis que precisam ser
controladas. No processo mostrado na figura abaixo, o CO que é exaurido é eliminado, separando-o do efluente proveniente do reator, com posterior reciclo de 100% do CO gerado juntamente com alguns reagentes que retornam para a alimentação do reator. Apesar de o produto ser patenteado, tem-se a informação de que a corrente alimentadora contém 40% de reagente, 50% de inertes e 10% de CO, e que durante a reação 2 moles de reagente formam 2,5 moles de produto. A conversão do reagente em produto é de apenas 73% por passe pelo reator, e 90% global. Calcule a razão moles de reciclo/moles de produto.
Processos com Combustão 15) (Balanço
material na combustão de um óleo combustível) Um óleo combustível obtido
a partir de um petróleo contendo elevado teor de enxofre é queimado em um forno industrial, usando 30% de excesso de ar. A análise elementar do óleo combustível indicou: C = 85,5%, H = 9,7%, S = 4,8%. Calcule a composição do gás de chaminé (GC) e a do gás seco (G), considerando a combustão completa do óleo combustível.
16) (Balanço
material na combustão de um gás combustível) De um forno queimando gás
combustível resultou a seguinte análise de Orsat dos gases de combustão: CO2 = 7,53%, O2 = 7,53%, CO = 0%. Calcule: a) a % de excesso de ar; b) a composição do gás de chaminé.
17)
Um gás natural consistindo essencialmente de metano (CH4) é queimado com ar
enriquecido de oxigênio de composição igual a 40% de O2 e 60% de N2. A análise de Orsat do produto gasoso foi relatada pelo laboratório como tendo 20,2% de CO2, 4,1% de O2 e 75,7% de N2. O relatório analítico pode estar correto? Mostre todos os cálculos.
18) (Balanço
material na combustão de um óleo combustível) Um óleo combustível é
queimado em um forno gerando um gás de combustão com a seguinte análise de Orsat: CO2 = 13,2%, O2 = 3,6%, CO = 0,4%. Calcule: c) a % de excesso de ar; d) razão mássicas: ar de combustão / óleo combustível e gás de chaminé / óleo combustível; e) composição centesimal do óleo.
19) O
etano é inicialmente misturado com oxigênio para obter um gás contendo 80% de
C2H6 e 20% de O2, sendo então queimado num motor com 200% de ar em excesso. Oitenta por cento do etano transforma-se em CO2, 10% em CO e os outros 10% permanecem sem queimar. Calcule a composição do gás exaurido em base úmida. 20) Um
óleo combustível é analisado, contendo 85,0% em massa de carbono, 12,0% de
hidrogênio elementar (H), 1,7% de enxofre e o resto são materiais não-combustíveis. O óleo é queimado com 20,0% de excesso de ar, baseado na combustão completa dos elementos citados. O óleo queima completamente, mas 8,0% do carbono formam CO. Calcule a composição molar do gás de chaminé.
